JPH02170152A - 照明光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＩＣ５ＬＳＩ等のパターンを投影露光する装
置の照明光学装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の照明光学装置は、例えば第７図に示すよ
うなものが知られている。すなわち、光源１より供給さ
れる光束２はオプティカルインテグレータ３を構成して
いる複数のレンズ素子により複数の集光点を形成し、所
謂、２次光源を形成している。そして、この２次光源か
らの複数の光束はコンデンサーレンズ４により被照射面
５を導き、この被照射面５ではこれらの光束が重畳的に
照明しており、照度の平均化、平滑化を図っている。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き光学装置では、オプティカル
インテグレータ、コンデンサーレンズ等の光学部材の透
過率ムラ及び偏心等、もしくは非回転対称で不均一な光
束密度分布（強度分布）を有する光束を供給する光源等
の原因により、被照射面での照度分布に傾きを生じ、不
均一な照度となる場合がある。このため、均一な照明を
行うことが困難となる。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので
あり、常に一様な均一照明が達成できる高性能な照明光
学装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために、第１図に示す如
く、光束を供給する光源手段と、その光束によって２次
光源を形成するオプティカルインテグレータと、その２
次光源からの光束を被照射面へ導くコンデンサーレンズ
とを有する照明光学装置において、 オフティカルインテグレータよりも被照射面側に、角度
透過率特性を有する光学部材を配置し、その光学部材は
光軸に対する傾角が可変となるように設けたものである
。

そして、光学部材は前記オプティカルインテグレータと
コンデンサーレンズとの光路間に配置されることが望ま
しい。

特に、この光学部材は、基板に誘電体多層膜がコートさ
れてなることがより好ましい。

（作　用） 本発明は、被照射面での照度分布に応して、光学部材の
光軸に対する傾角を変化させることにより、被照射面で
の照度を一様に均一となるようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例の概略配置図を示しており、こ
の図に基づいて実施例について詳述する。

本発明の実施例における光学照明系には、コリメートさ
れた光束２０を供給する光源手段としての光源１０と、
複数のレンズ素子（３０ａ〜３０Ｃ）の集合体よりなる
オプティカルインテグレータ３０と、光軸に対する傾角
が可変な光学部材４０（ハーフミラ−等）、コンデンサ
ーレンズ５０とがそれぞれ配置されている。

光源１０から供給されるコリメートされた光束２０は、
オプティカルインテグレータ３０に入射し、その射出側
の同一平面内で複数の集光点を形成し、実質的に２次光
源が形成されている。そして、この２次光源からの光束
は、光学部材４０、コンデンサーレンズ５０を通過して
、被照射面６０にて重畳するように均一に照明している
。

尚、光源手段１０は、コリメート光束を供給する光源の
みならず、光源から供給される光束がコリメートレンズ
等でコリメートされてオフティカルインテグレータへ導
かれるような構成であれば良い。

次に、本発明の原理について詳述する。

光学部材４０は、例えば、ガラス等の平行平面板の基板
を誘電体多層膜がコートされてなり、第３図に示す如き
垂直入射（入射角がゼロ）に対して対称となるような角
度透過率特性を有している。

この光学部材４０を、光軸に対して垂直に配置すると、
光学部材４０に入射する光線は、第３図に示す如くＦ範
囲内の入射角（ｆ−ｆ’）で入射する。そして、第１図
に示す如く、入射角ｆで光学部材４０に入射する光線（
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）は被照射面６０のＡに到達す
るのに対し、入射角ｆ′で光学部材４０に入射する光線
（２０ａ　、２０ｂ’、２０ｃ’）は被照射面６０のＡ
′位置に到達する。

第３図から分かるように、Ｆ範囲内の入射角に対する透
過率は略一定であるため、光源から均一な光束密度分布
を有する光束が供給されると、この状態における被照射
面６０上の照度分布は第５図の示す如く一様に均一とな
る。

そこで、今、光軸と直交する方向を中心としてｄ方向に
光学部材４０を傾斜させると、これに入射する光線の入
射角範囲が、第３図に示す如くＧ範囲（ｇ−ｇ’）へ移
行する。

具体的には、第２図に示す如く、レンズ素子（３０ａ、
　３０　ｂ、　３０　ｃ）を通過した光線（２０ａ、　
２０　ｂ、　２０　ｃ）が光学部材４０に入射する入射
角は、ｆからｇに変化してやや大きくなる。

その結果、第３図に示す如く、透過率が同等もしくはや
や下がるため、被照射面６０上のＡ位置での照度も同等
もしくはやや下がる。

一方、第２図で示す如く、各レンズ素子（３０ａ、　３
０　ｂ、　３０　ｃ）を通過した光線（２０ａ２０ｂ’
　、２０ｃ’　）の入射角は、ｆ′からｇ′に変化して
大きくなる。その結果、第３図から分かるように、透過
率が下がるため、被照射面６０上のＡ′位置での照度が
下がる。

このように、光学部材４０を適切な傾角でｄ方向に傾斜
させることにより、被照射面６０での照度は、第６図の
実線で示す如く傾きを持った分布となる。

これに対し、光学部材４０をｅ方向に上記と同様な角度
だけ傾斜させると、これに入射する各方向の光線の入射
角範囲は、第３図に示す如くＨ範囲（ｈ−ｈ′）へ移行
する。このため、透過率の傾向が上記とは逆になり、被
照射面６０上での照度分布は、第６図の破線で示す如き
分布となる。

以上の如く、光学部材４０を光軸に対して傾斜させるこ
とにより、光学部材４０を通過する光線の透過率の分布
を変化させることができるため、被照射面上での照度分
布の傾きを調整することができる。

そこで、今、オプティカルインテグレータ、コンデンサ
ーレンズ等の光学部材に透過率ムラ及び偏芯等、もしく
は非回転対称で不均一な光束密度分布を有する光束を供
給する光源等の原因により、第４図の破線で示す如く被
照射面での照度分布に傾きを生じ、不均一な照明状態で
あるとする。このとき、光学部材４０は光軸に対して垂
直に位置しているとする。

そして、第２図に示す如く、光軸と直交する方向を中心
としてｄ方向に光学部材４０を傾斜させる。すると、前
述の如く、光線（２０ａ、　２０１）。

２０ｃ）が光学部材４０に入射する角度は同等もしくは
やや大きくなるため、透過率が同等もしくはやや下がる
。その結果、被照射面６０のＡ位置では照度が同等もし
くはやや低下する。

一方、光線（２０ａ　　、２０ｂ’、２０ｃ’）が光学
部材４０に入射する角度は大きくなるため、透過率が下
がる。このため、被照射面６０のＡ′位置では照度が下
がる。

したがって、光学部材４０を最適な傾角でｄ方向に傾斜
させることにより、照度は第４図の破線で示すような傾
きの有る分布から実線で示すような傾きの無い、すなわ
ち−様に均一な分布にバランス良く調節することができ
る。

尚、被照射面での照度分布が第４図の破線で示すような
傾きと逆の傾きである場合には、光学部材をｅ方向に傾
斜させれは良いことは言うまでもない。

また、光軸に対して互いに直交する２方向での傾角をそ
れぞれ変化できる２つの光学部材４０を設けることによ
り、被照射面での２次元的な傾きを有する照度分布を一
様に均一な照明分布にすることができる。さらに、１つ
の光学部材４０を２次元的に傾けられる構成としても良
い。

ところで、被照射面での照度分布に応じて光学部材４０
の傾角を自動的に制御させるには、第１図に示す如く、
被照射面６０上に照度分布等を光電検出する光電検出手
段（センサー等）７０と、これにより出力される照度分
布等の情報と、予め記憶されている光学部材４０の角度
透過率特性の情報とに基づいて被照射面６０での照度分
布等が均一となるように、光学部材４０の最適な傾角を
決定する傾角決定手段８０と、これにより出力される信
号に基づいて光学部材４０を光軸に対して傾斜させる傾
斜制御手段９０とを配置することが望ましい。

このような構成により、例えば被照射面６０の測定方向
に沿って等間隔に配置された光電検出手段７０の各セン
サー等から出力された照度分布等の情報が、まず傾角決
定手段８０の一部を構成している演算部８１に取り込ま
れる。また、傾角決定手段８０のメモリ一部８２には光
学部材４０の角度透過率特性の情報が予めメモリーされ
ている。

そして、この演算部８１は、光電検出手段７０から取り
込まれた照度分布等の情報と、メモリ一部８２からの角
度透過率特性の情報とに基づいて、光学部材４０の最適
な傾角を算出し、これを傾斜制御手段９０に出力する。

ここで、傾斜制御手段９０は光学部材４０の姿勢を制御
する姿勢制御部９１と傾斜部９２とを有する構成となっ
ている。

姿勢制御部９１は、傾角決定手段８０からの出力信号を
取り込み、光学部材の姿勢を制御しながら、傾斜部９２
を構成しているモータ等に必要な駆動量の信号を出力す
る。そして、この駆動信号に基づいて傾斜部９２のモー
タ等は駆動するため、光学部材４０は被照射面６０での
照度分布が均一となるように傾斜する。

尚、傾斜部９２のモータ等に姿勢制御部９１の１部とし
てのエンコーダ等を取付け、この姿勢制御部９１がこの
モータの駆動量に応じて変化する光学部材４０の姿勢状
態をエンコーダ等を通して検知できるような構成である
ことが望ましい。

ところで、本発明の第１図では図示していないが、被照
射面６０の後方に、投影対物レンズを設けても良い。こ
の場合、この投影対物レンズはオプティカルインテグレ
ータにより形成される２次光源がこの投影対物レンズの
瞳位置にて再結像され、所謂ケーラー照明を実質的に達
成できる１ように配置されてることが好ましい。そして
、上記の被照射面６０に相当する位置（第１被照射面）
にレチクル等を配置し、投影対物レンズに関してレチク
ルと共役な位置（第２被照射面）にウェハ等の基板を配
置すると、レチクル上のパターンの像が基板上に形成さ
れる。このとき、照度分布に対する投影対物レンズ等の
影響を考慮すれば、照度分布等を光電検出するセンサー
等は、基板が位置する面（第２被照射面）に設けられる
ことが好ましい。

尚、本発明は露光中にセンサー等で照度分布等を光電検
出することが可能であるが、センサー等のみが配列され
ている部材を被照射面に沿って移動可能に設けて、露光
外に照度分布を光電検出することも可能である。

また、露光中に被照射面６０での照度分布等をセンサー
で連続的に光電検出し、光軸に対する光学部材４０の傾
角を連続的に制御することにより、露光中に何等かの原
因で変動する照度分布を抑えることも可能である。

さらに、本発明は必ずしも厳密にケーラー照明を達成し
なくても上記の如き効果を得ることができるが、光学部
材の角度透過率特性と被照射面での照度分布との関係を
直接的に把握するにはケーラー照明を達成できる構成が
有効である。

また、本発明は半導体露光装置の照明光学装置に限らず
レーザーアニール装置あるいは光ＣＶＤ等の照明光学装
置としても好適である。

尚、上記で述べた角度透過率特性を有する光学部材を照
明光路内で着脱可能に構成し、光学部材を光路内に位置
させてから光軸に対して傾斜させたり、あるいは光学部
材を光路外で光軸方向に対して傾斜させてから光路内に
位置させるような構成としても同様な効果を期待するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被照射面上での照度分布に傾きが存在
していても、この傾き応じて、角度透過率特性を有する
光学部材の光軸に対する傾角を変化させることにより、
−様に均一な照明を達成することかできる。しかも、比
較的簡素な構成でありながら、大きな効果を達成できる
ため非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における概略構成図及びブロッ
ク図である。第２図は本発明の原理を示す図である。第
３図は光軸に対する傾角が可変となるように設けられた
光学部材の角度透過率特性を示す図である。第４図は被
照射面上で不均一照明されている状態から均一照明され
ている状態へ変化した時の照度分布を示す図である。第
５図は被照射面上で均一照明されている状態の照度分布
を示す図である。第６図は被照射面上で不均一照明され
ている状態の照度分布を示す図である。第７図は従来の
照明光学装置の概略構成図である。 〔主要部分の説明〕 １０−ｍ−−−−・光源手段 ２０−−−コリメート光束 ３０　　（３０ａ、　　３０　ｂ、　　３０　ｃ）ルイ
ンテグレータ ４０−・−光学部材 ５０−一−−コンデンサーレンズ ６０−・−・被照射面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光束を供給する光源手段と、該光束によって２次光
   源を形成するオプティカルインテグレータと、該２次光
   源からの光束を被照射面へ導くコンデンサーレンズとを
   有する照明光学装置において、 前記オプティカルインテグレータよりも被照射面側に、
   角度透過率特性を有する光学部材を配置し、該光学部材
   は、光軸に対する傾角が可変となるように設けられたこ
   とを特徴とする照明光学装置。 ２）前記光学部材は前記オプティカルインテグレータと
   コンデンサーレンズとの光路間に配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の照明光学装置。 ３）前記光学部材は、基板に誘電体多層膜がコートされ
   てなることを特徴する特許請求の範囲第２項記載の照明
   光学装置。